CN106435079A - 一种全时燃烧换热炉 - Google Patents

Abstract

本发明所述全时燃烧换热炉涉及热能技术领域。包括烟气出口、至少一个冷风入口、换热室、至少一个热风出口、燃烧室、空气管道、燃气管道和混合室。所述混合室连接空气管道和燃气管道，经预热的空、燃气在混合室混合后进入燃烧室燃烧，产生的高温烟气进入换热室内换热体中密布的高温烟气通道进行换热后经烟气出口排出。同时冷风通过冷风环管和冷风入口进入换热室与换热体内的高温烟气进行换热，被加热的冷风经热风出口进入热风环管送往高炉。本发明改变了现有热风炉先烧炉将蓄热体加热然后停止烧炉，再通过蓄热体加热冷风的间歇式送风方式，实现了烧炉换热同时进行的连续送风方式。提高热效率、降低投资、减少占地面积、降低操作强度和运行成本。

Description

一种全时燃烧换热炉

技术领域

本发明涉及热能技术领域，特别是涉及炼铁高炉配套设备热风炉，尤其涉及一种全时燃烧换热炉。

背景技术

热风炉是向高炉提供热风的专用设施，其工作原理是通过燃烧器燃烧燃气而产生高温烟气，将热风炉蓄热室内的蓄热体加热，然后使冷风通过蓄热体，与蓄热体进行热交换而变成热风提供给高炉使用，根据热风炉的燃烧器所处位置，可将热风炉分为内燃式热风炉、外燃式热风炉和顶燃式热风炉等几种结构形式；

现有热风炉存在的问题如下：

1、现有形式的热风炉都是先烧炉将蓄热体加热然后停止烧炉再通过蓄热体加热冷风送往高炉，即燃烧-蓄热-换热的方式，由于每座热风炉都只能间歇式送风，而高炉需要连续冶炼，因此每座高炉就必须配备3～4座热风炉，造成投资高、占地面积大且建设周期长；

2、现有热风炉蓄热体的单位换热面积小、换热能力差造成热效率偏低；

3、现有热风炉是由大量的钢结构和耐火材料组成体积庞大，安装和砌筑周期长；

4、现有热风炉由于是间歇式送风要不停的在烧炉、送风、换炉状态间切换，阀门开启频繁、耐火材料不断冷热交替，造成操作强度大、设备及炉体寿命短，运行成本高。

由此可见现有热风炉存在严重的缺陷和不足，亟待从根本上解决和改进。

发明内容

鉴于上述已有公知技术与现状的热风炉所存在的诸多不足、缺陷与弊端，本发明设计人基于丰富的实践经验及专业知识，在认真而充分的调查、了解、分析、总结、研究已有公知技术及现状基础上，采取“全时燃烧换热炉”关键技术，积极加以研究创新----改进现有热风炉的结构和材料，研制成功了本发明，以期创设一种新型热风炉，解决已有公知技术与现状存在的不足、缺陷与弊端，使其达到更具有实用性及更好的使用效果，提高热风炉的技术水平并降低投资。

通过本发明达到的目的是：

1、本发明以“连续燃烧换热”关键技术，提供“全时燃烧换热炉”新装置；

2、由间歇式送风改为连续送风减少热风炉数量并缩小直径，减少占地面积，降低投资；

3、改用新型换热体，提高热效率和风温；

4、优化热风炉结构减少钢材、耐火材料及设备用量，缩短施工周期；

5、降低操作强度，提高设备和耐火材料寿命；

6、使本发明的构思独特实用、设计科学合理、结构简单巧妙、使用操作方便、效果显著有效且稳定可靠；

7、通过本发明，解决已有公知技术及现状存在的不足、缺陷与弊端；

8、使本发明使用操作方便、利于广泛推广应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

作为本发明的实现方式，所述全时燃烧换热炉包括：

烟气出口1、至少一个冷风入口3、换热室5、至少一个热风出口8、燃烧室10、空气管道12、燃气管道14和混合室16；所述混合室16连接空气管道12和燃气管道14；所述燃烧室10连接换热室5和混合室16；所述换热室5连接燃烧室10和烟气出口1；所述换热室5靠近燃烧室10一端设有至少一个热风出口8，靠近烟气出口1一端设有至少一个冷风入口3；所述燃烧室10内设有换热体6，所述换热体6设有若干高温烟气通道和若干冷风通道，高温烟气和冷风在换热体内反向流动；所述换热体6连通燃烧室10与烟气出口1；所述换热室5与所述燃烧室10连接处除若干高温烟气通道外，其余区域设置为密闭结构；所述换热室5与所述烟气出口1连接处除若干高温烟气通道外，其余区域设置为密闭结构。

所述混合室连接空气管道和燃气管道，空气和燃气分别通过空气管道和燃气管道进入混合室充分混合，经混合的空、燃气进入燃烧室燃烧，产生高温烟气，高温烟气通过换热室内换热体中的高温烟气通道流向烟气出口，与此同时，冷风从冷风入口进入换热室，并在换热室内由冷风通道流向热风出口，在此过程中，在换热体内流向烟气出口的高温烟气与在冷风通道内流向热风出口的冷风进行持续热交换，高温烟气在换热体内进行热交换后，温度降低，经烟气出口排出；冷风在换热体内经持续加热，变成热风，经过热风出口送往高炉。所述燃气可为天然气、液化气、煤气等一切气体燃料。

优选地，所述换热体6由若干密布的换热管组成，所述换热管内径构成高温烟气通道，各换热管间空隙构成冷风通道；

或，优选地，所述换热体6为设有密布的高温烟气通道和冷风通道的蜂窝体。

优选地，所述各换热管管口直径(内径)取值范围为3-50mm之间，如3、10、20、40mm，管径大小可根据热风炉单位换热需求来实际确定；所述各换热管的管口形状为圆形、三角形、多边形、梅花形、蜂窝形中任意一种或多种，如全部换热管采取同一种管口形状，也可以采用不同形状管径，具体可根据单位换热需求及实际施工需要灵活选择；所述换热管管体形状为直线型、曲线型、螺旋型中的一种或多种。在具体应用过程中，换热管的管口形状可以根据热风炉的具体设计需求进行实际选择，而换热管管体的形状，可以根据高炉需要的风量，具体选择如直线型，曲线型，螺旋状等等。

优选地，所述换热体由耐高温金属材料、陶瓷材料或金属与陶瓷材料的复合材料制成，如耐高温金属管、陶瓷管，金属陶瓷复合管等。

优选地，所述各相邻换热管管间距可与管口直径相等，换热管管口直径取值范围为3-50mm之间。该结构可以使得换热室内密布大量的换热管，且换热管烟气流量与冷风流量保持均衡，从而可以实现持续换热、送风。

作为本发明的进一步优化，所述技术方案还可包括燃气环道17、空气环道18、至少一个燃气喷口19和至少一个空气喷口20；所述空气环道18、燃气环道17分别设置于混合室16外，并环绕所述混合室16一周，且所述空气环道18连接空气管道12，所述燃气环道17连接燃气管道14；所述燃气环道17设有至少一个燃气喷口19，所述燃气喷口19通入所述混合室16；所述空气环道18设有至少一个空气喷口20，所述空气喷口20通入所述混合室16。

进一步优选地，当所述燃气喷口19数量大于1时，所述各燃气喷口沿着燃气环道17和混合室16均匀分布；当所述空气喷口20数量大于1时，所述各空气喷口沿着空气环道18和混合室16均匀分布；所述各燃气喷口19和各空气喷口20可设置为细条状，且沿着混合室16圆周方向和垂直方向上呈一定角度。所述燃气喷口和空气喷口的数量、形状等参数可以根据燃气和空气需求量，高炉送风需求等实际情况具体确定。前述结构的设置，能够是的空气和燃气混合更加充分，有利于充分燃烧，提供供热效率。

作为本发明的进一步优化，所述技术方案还可包括：冷风环管2，所述冷风环管设置于换热室5外，并环绕所述换热室5一周，通过冷风入口3接入冷风；所述冷风入口3设于冷风环管2内，并通入所述换热室5；当所述冷风入口3数量大于1时，各冷风入口在冷风环管2内沿着换热室5均匀分布。通过冷风环管及数个均布的冷风入口的设置，解决了原热风炉由一个冷风口进入热风炉造成的冷风分布不均匀问题，从而导致换热不均，热风温度不够等问题。同时也解决了一个冷风口直径大结构不稳定、容易掉砖等问题。

作为本发明的进一步优化，所述技术方案还可包括：热风环管7，所述热风环管设置于换热室5外，并环绕所述换热室5一周；所述热风出口8设置于热风环管7内，并连通所述换热室5；当所述述热风出口8数量大于1时，各热风出口在热风环管7内沿着换热室5均匀分布。前述结构能够将热风及时输出，避免热能丧失，且解决了一个热风口直径大结构不稳定、容易掉砖等问题。所述热风环管内可砌有耐火衬。

优选地，本发明所述热风炉中，所述换热室5和所述燃烧室10之间设有均流板11，从而使得高温烟气均匀流向各换高温烟气通道，避免换热室内各部分换热不均的问题。

优选地，本发明所述热风炉中，在所述冷风接入口、空气管道、燃气管道中的一处或多处设有过滤装置。所述过滤装置可为过滤板等，通过过滤板的设置，可以有效过滤燃气、空气和冷风中带有的各类颗粒杂质，避免相关气流通过换热管时造成堵塞。

优选地，本发明所述全时燃烧换热炉可为内燃式热风炉、外燃式热风炉或顶燃式热风炉。

通过前述技术方案，本发明可以实现包括但不限于以下有益效果：

1、本发明采用了“连续燃烧换热”关键技术，从而提供了“全时燃烧换热炉”新装置；

2、本发明冷风通过环管及数个均布的冷风入口进入换热炉，解决了原热风炉由一个冷风口进入热风炉造成的冷风分布不均匀问题，同时也解决了一个冷风口直径大结构不稳定容易掉砖的问题；

3、本发明换热体中高温烟气和需加热的冷风分不同的通道同时逆向流动，单位换热面积大，换热效率高并且可以连续换热。改变了原热风炉高温烟气和需加热的冷风必须从相同的通道轮流通过间歇换热的方式，解决了原热风炉数量多、直径大、高度高、占地面积多，需要大量耐材、设备和钢结构的问题，大幅度的降低了热风炉的投资成本；

4、本发明热风通过换热室上部沿圆周均匀布置的数个热风出口进入热风环管，汇集后经热风主管送往高炉。解决了原热风炉热风由一个大直径热风出口进入主管导致的热风出口结构不稳定容易掉砖坍塌的问题，同时取消了水冷热风阀门，解决了原热风阀昂贵且容易损坏并需要消耗大量冷却水的问题，降低了投资成本和运行费用；

5、本发明混合室的空、燃气喷口为细条形状并在圆周和垂直方向上带有角度，能够使空燃气迅速混合均匀，空气过剩系数低，解决了现有热风炉空燃气混合不均匀导致的燃烧不充分热风温度低的问题；

6、本发明由于可以连续燃烧换热，减少了换热炉数量，缩小了换热炉直径，降低了换热炉高度，减少了大量的耐材、设备和钢结构，因此可以减少工程量缩短建设周期；

7、本发明由于可以连续燃烧换热，解决了现有热风炉必须频繁进行燃烧、送风、换炉的切换操作，造成的耐材、设备寿命短且操作复杂劳动强度高的问题。

综上所述，通过本发明所述技术方案，能减少每座高炉配备的热风炉数量并缩小热风炉直径，节省投资、减少占地面积、缩短建设周期、提高热效率、降低操作强度和运行成本。本发明具有以上诸多优点和应用价值，不论结构、投资、占地、建设周期与现有热风炉比都有明显的优势。

附图说明

图1是本发明具体实施方式1的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式2的结构示意图；

图3是实施例2中热风环管的A-A线剖面图；

图4是实施例2中冷风环管的B-B线剖面图；

其中附图标记：

1、烟气出口 2、冷风环管 3、冷风入口

4、冷风过滤板 5、换热室 6、换热体

7、热风环管 8、热风出口 9、热风主管

10、燃烧室 11、热烟气均流板 12、助燃空气管道

13、助燃空气过滤板 14、燃气管道

15、燃气过滤板 16、混合室 17、燃气环道

18、空气环道 19、燃气喷口 20、空气喷口

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

为使得本发明所述技术方案更容易理解想，现以顶燃式结构为例，结合附图对本发明所述技术方案进行进一步说明。

实施例1

如图1所示，为本发明顶燃式实施方式一种实施例结构示意图。

所述顶燃式实施例结构包括：烟气出口1、至少一个冷风入口3、换热室5、至少一个热风出口8、燃烧室10、空气管道12、燃气管道14和混合室16；所述混合室16连接空气管道12和燃气管道14；所述燃烧室10连接换热室5和混合室16；所述换热室5连接燃烧室10和烟气出口1；所述换热室5靠近燃烧室10一端设有至少一个热风出口8，靠近烟气出口1一端设有至少一个冷风入口3；所述燃烧室10内设有换热体6，所述换热体6为若干均匀分布且布满整个换热室5的换热管；所述换热管连通燃烧室10与烟气出口1；所述换热室5与所述燃烧室10连接处除换热管管径外，其余区域采用密闭材料隔开；所述换热室5与所述烟气出口1连接处除换热管管径外，其余区域采用密闭材料隔开。所述混合室连接空气管道和燃气管道，空气和燃气分别通过空气管道和燃气管道进入混合室充分混合，经混合的空、燃气进入燃烧室燃烧，产生高温烟气，高温烟气通过换热管流向烟气出口，与此同时，冷风从冷风入口进入换热室，并在换热室内由换热管间空间流向热风出口，在此过程中，在换热管内流向烟气出口的高温烟气与在换热管间隙流向热风出口的风冷进行持续热交换，高温烟气在换热管内进行热交换后，温度降低，经烟气出口排出；冷风在换热管间隙经持续加热，变成热风，经过热风出口送往高炉。

本实施例中，所述各相邻换热管管间距与管口直径(内径)相等，换热管管口直径取值范围为3-50mm之间。该结构可以使得换热室内密布大量的换热管，且换热管烟气流量与冷风流量保持均衡，从而可以实现持续换热、送风。

所述各换热管的管口形状为圆形，所述换热管管体形状为直线型。所述各换热管为耐高温金属管。在其他实施例中，也可选择陶瓷材料、金属陶瓷混合材料等。

所述顶燃式结构还设有燃气环道17、空气环道18、至少一个燃气喷口19和至少一个空气喷口20；所述空气环道18、燃气环道17分别设置于混合室16外，并环绕所述混合室16一周，且所述空气环道18连接空气管道12，所述燃气环道17连接燃气管道14；所述燃气环道17设有至少一个燃气喷口19，所述燃气喷口19通入所述混合室16；所述空气环道18设有至少一个空气喷口20，所述空气喷口20通入所述混合室16。

当所述燃气喷口19数量大于1时，所述各燃气喷口沿着燃气环道17和混合室16均匀分布；当所述空气喷口20数量大于1时，所述各空气喷口沿着空气环道18和混合室16均匀分布；所述各燃气喷口19和各空气喷口20设置为细条状，且沿着混合室16圆周方向和垂直方向上呈一定角度。前述结构的设置，能够是的空气和燃气混合更加充分，有利于充分燃烧，提供供热效率。

实施案例2

如图2所示，为本发明顶燃式实施方式另一种实施例结构示意图。

除包含实施例1中所述的结构外，实施例2中还包括以下结构：

如图2所示，还包括热风环管7，所述热风环管设置于换热室5外，并环绕所述换热室5一周；所述热风出口8设置于热风环管7内，并连通所述换热室5；当所述热风出口8数量大于1时，如图3所示，各热风出口在热风环管7内沿着换热室5均匀分布。前述结构能够将热风及时输出，避免气流分布不均匀，热量损失，且解决了一个热风口直径大结构不稳定、容易掉砖等问题。所述热风环管内可砌有耐火衬。

如图2所示，冷风环管2，所述冷风环管2设置于换热室5外，并环绕所述换热室5一周，通过冷风接入口接入冷风；所述冷风入口3设于冷风环管2内，并通入所述换热室5；如图4所示，当所述冷风入口3数量大于1时，各冷风入口在冷风环管2内沿着换热室5均匀分布。通过冷风环管及数个均布的冷风入口的设置，解决了原热风炉由一个冷风口进入热风炉造成的冷风分布不均匀问题，从而导致换热不均，热风温度不够等问题。同时也解决了一个冷风口直径大结构不稳定、容易掉砖等问题。

如图2所示，为了使得高温烟气均匀流向各换热管，避免换热室内各部分换热不均的问题，所述换热室5和所述燃烧室10之间设有均流板11。

如图2-4所示，为有效过滤燃气、空气和冷风中带有的各类颗粒杂质，避免相关气流通过换热管时造成堵塞，本发明所述热风炉中，在所述冷风接入口、空气管道、燃气管道中的一处或多处设有过滤装置。

除顶燃式为，内燃式、外燃式等炉体，亦可采用本发明所述技术方案，实现减少每座高炉配备的热风炉数量，并缩小热风炉直径，节省投资、减少占地面积、缩短建设周期、提高热效率、降低操作强度和运行成本等目的。

Claims (11)

1.一种全时燃烧换热炉，其特征在于：包括烟气出口(1)、至少一个冷风入口(3)、换热室(5)、至少一个热风出口(8)、燃烧室(10)、空气管道(12)、燃气管道(14)和混合室(16)；所述混合室(16)连接空气管道(12)和燃气管道(14)；所述燃烧室(10)连接换热室(5)和混合室(16)；所述换热室(5)连接燃烧室(10)和烟气出口(1)；所述换热室(5)靠近燃烧室(10)一端设有至少一个热风出口(8)，靠近烟气出口(1)一端设有至少一个冷风入口(3)；所述燃烧室(10)内设有换热体(6)，所述换热体(6)设有若干高温烟气通道和若干冷风通道，高温烟气和冷风在换热体内反向流动；所述换热体连通燃烧室(10)与烟气出口(1)；所述换热室(5)与所述燃烧室(10)连接处除高温烟气通道外，其余区域设置为密闭结构；所述换热室(5)与所述烟气出口(1)连接处除高温烟气通道外，其余区域设置为密闭结构。

2.根据权利要求1所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：所述换热体(6)由若干密布的换热管组成，所述换热管内径构成高温烟气通道，各换热管间距构成冷风通道；

或，所述换热体(6)为设有密布的若干高温烟气通道和若干冷风通道的蜂窝体。

3.根据权利要求2所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：所述各换热管管口内径取值范围为3-50mm之间；所述各换热管的管口形状为圆形、三角形、多边形、梅花形、蜂窝形中任意一种或多种；所述换热管管体形状为直线型、曲线型、螺旋型中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：所述换热体由耐高温金属材料、陶瓷材料或金属与陶瓷材料的复合材料制成。

5.根据权利要求4所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：还包括燃气环道(17)、空气环道(18)、至少一个燃气喷口(19)和至少一个空气喷口(20)；所述空气环道(18)、燃气环道(17)分别设置于混合室(16)外，并环绕所述混合室(16)一周，且所述空气环道(18)连接空气管道(12)，所述燃气环道(17)连接燃气管道(14)；所述燃气环道(17)设有至少一个燃气喷口(19)，所述燃气喷口(19)通入所述混合室(16)；所述空气环道(18)设有至少一个空气喷口(20)，所述空气喷口(20)通入所述混合室(16)。

6.根据权利要求5所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：当所述燃气喷口(19)数量大于1时，所述各燃气喷口沿着燃气环道(17)和混合室(16)均匀分布；当所述空气喷口(20)数量大于1时，所述各空气喷口沿着空气环道(18)和混合室(16)均匀分布；所述各燃气喷口(19)和各空气喷口(20)沿着混合室(16)圆周方向和垂直方向上呈一定角度。

7.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：还包括冷风环管(2)，所述冷风环管设置于换热室(5)外，并环绕所述换热室(5)一周，通过冷风接入口接入冷风；所述冷风入口(3)设于冷风环管(2)内，并通入所述换热室(5)；当所述冷风入口(3)数量大于1时，各冷风入口在冷风环管(2)内沿着换热室(5)均匀分布。

8.根据权利要求7所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：还包括热风环管(7)，所述热风环管设置于换热室(5)外，并环绕所述换热室(5)一周；所述热风出口(8)设置于热风环管(7)内，并连通所述换热室(5)；当所述述热风出口(8)数量大于1时，各热风出口在热风环管(7)内沿着换热室(5)均匀分布。

9.根据权利要求1-3、5、6、8中任一项所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：所述换热室(5)和所述燃烧室(10)之间设有均流板(11)。

10.根据权利要求9所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：在所述冷风接入口、空气管道、燃气管道中的一处或多处设有过滤装置。

11.根据权利要求1-3、5、6、8、10中任一项所述的全时燃烧换热炉，其特征在于：所述换热炉为内燃式热风炉、外燃式热风炉或顶燃式热风炉。